21、深入理解实时系统与 Linux 调度策略

深入理解实时系统与 Linux 调度策略

1. 实时系统概述

在计算领域，“实时”这一术语常常引发混淆和误解。实时系统是指那些有操作期限要求的系统，即刺激与响应之间存在最小且必须满足的时间要求。例如，现代汽车上常见的防抱死制动系统（ABS）就是一个典型的实时系统。当驾驶员踩下刹车时，计算机调节刹车压力，每秒多次施加和释放最大刹车压力，防止车轮“抱死”，从而避免制动性能下降或车辆失控打滑。在这个系统中，操作期限包括系统对车轮“抱死”状态的响应速度以及施加刹车压力的速度。

大多数现代操作系统，包括 Linux，都提供了一定程度的实时支持。实时系统主要分为两种类型：硬实时系统和软实时系统。

1.1 硬实时系统与软实时系统

• 硬实时系统 ：要求严格遵守操作期限，超过期限即被视为系统故障，是严重的错误。例如，防抱死制动系统、军事武器系统、医疗设备和信号处理等应用都属于硬实时系统。
• 软实时系统 ：不将超过期限视为严重故障。例如，视频处理应用就属于软实时系统，用户可能会注意到错过期限时视频质量下降，但可以容忍少量丢帧。

然而，软实时应用的界定并不清晰。像文本编辑器这样的应用，如果不能及时响应用户的按键操作，用户体验会变差，但这是否算作操作期限并不明确。

需要注意的是，实时系统并不一定速度快。在相同硬件条件下，由于支持实时进程需要增加额外的开销，实时系统可能比非实时系统更慢。而且，硬实时系统和软实时系统的划分与操作期限的长短无关。例如，核反应堆的紧急停堆系统（SCRAM）必须在检测到中子通量过高后的几秒内降下